av Scott Gentleman
Website Exclusive – November, 2007
I åtta år bodde Tracey och jag i ett solcellsdrivet hem och under åtta molniga vintrar körde vi en liten Honda-generator varje vecka för att ladda upp våra batterier. Vi förstod att den ursprungliga ägaren till vårt hem hade drivit ett litet vattenkraftsystem från fastighetens åretruntbäck, men vi undersökte aldrig detta alternativ eftersom bäcken rann genom tät skog. Dessutom kunde vi bara konstatera att det inte fanns tillräckligt med fallhöjd över dess lopp.
Site Level
Vi bestämde oss till slut för att använda Backwoods Solars Site Level bara för att bekräfta att vattenkraft inte var meningsfullt. Till vår stora förvåning avslöjade vårt tvärgående genom skogen från en potentiell turbinplats till en lämplig intagslokal ungefär 80′ fallhöjd. Det är inte möjligt, förklarade vi och antog att vår teknik måste ha misslyckats. För att dubbelkontrollera vår metod använde vi samma Site Level för att mäta fallhöjden från vår vattencistern till diskbänken i köket. Vi visste att detta fall motsvarade 56 fot eftersom vi hade använt en transit för att mäta det när detta gravitationsmatade system installerades. Granskningen med platsnivån gav oss ungefär 60 fot och bekräftade att vi visste hur vi skulle använda nivån.
Voila, vattenkraftspotential. Under den torraste tiden på året är vår bäck ungefär en meter bred och en halv meter djup, och en hink på fem gallon och ett stoppur visade att vi hade över 300 gpm som flödade förbi vår intagsstation. Wow, mycket potential. Med en fallhöjd på 80 fot visade ett flödesdiagram för munstycken att vi teoretiskt sett skulle kunna skicka 134 gpm genom en Harris turbin med fyra munstycken utrustad med 7/16″ munstycken. Därefter vände vi oss till Don Harris’ diagram över effekt av Motorcraft-växelgeneratorns wattutgång. Med 134 gpm och 80 fot fallhöjd extrapolerade vi att vi kunde generera 725+/- watt. Vi skulle dock behöva installera en 1 100 fot lång tryckledning. Fler diagram. För att minska friktionsförlusterna och bibehålla nära den maximala produktionspotentialen fastställde vi att ett 4″-rör endast skulle offra cirka 9 fot bruttofallhöjd om alla fyra munstycken användes.
Flume Creek
En snabb bedömning av fördelarna med den här energimängden övertygade oss om att gå vidare med en installation. Året var dock 1999 och Backwoods Solar var otroligt upptagen med att tillgodose alla problem med Y2K-hypen, vilket gjorde att Tracey och jag hade lite tid för en installation. Och på den tiden var min expertis på vattenkraft inte direkt expertis. Så vi anlitade Lee Tavenner från Solar Plexus i Missoula, MT för att utveckla ett nyckelfärdigt system som skulle inkludera hans installationsarbete. Lee var vänlig och satte ihop listan med komponenter, även om han förstod att vi skulle tillhandahålla majoriteten av komponenterna. Vi kom överens om ett pris, och han hittade tid i sitt hektiska schema för en installation under en helg i september.
För den helgen var Tracey och jag tvungna att ta fram rutten för tryckröret genom skogen som bäcken slingrade sig igenom. Vägen för minsta motstånd följde gamla och förvuxna skogsskidvägar samt tät skog. Vi använde mätband för att markera en väg och anlitade en granne med en bulldozer för att skära och röja vägen. En annan granne med en grävmaskin anlitades för att gräva intagsdammen, det 4′ djupa diket, turbinplatsen och utloppskanalen till bäcken.
Lee rekommenderade att vi skulle använda polyetenrör med hög densitet med tanke på att de är motståndskraftiga mot krossning och att de inte spricker när de fryser. Hans distributör i Missoula levererade trettio stycken 40 fot av 4″-röret till vår avlägsna hemort, men kunde bara komma fram inom 1 000 fot från vår dikeslinje. En Honda trehjuling kunde dra tre stycken åt gången till 300 fot och Tracey och jag bar varje stycke resten av sträckan. Det var inte ett outhärdligt arbete, men ett 40′-rör kan utveckla stora studsande vågor om ni inte synkroniserar ert gemensamma tempo ordentligt!
Hydro Intake
Dessa rörlängder måste smältas samman i stället för att limmas ihop som med PVC. Lee skulle hyra en liten maskin för detta förfarande och ta med sig den när installationshelgen kom. Vår Honda-generator på 3500 watt skulle driva fusionsmaskinen.
Nästan samlade vi ihop och installerade de olika komponenterna i kraftsystemet. Med tanke på att avståndet från turbinen till vår batteribank uppmättes till 350 fot valde vi att installera ett 24-voltsystem. (Även om solcellssystemet som driver vårt hem var 12 volt och många av våra förbrukare var 12 volts DC, visste vi att en EQ12/24-20 skulle göra det möjligt för oss att bibehålla våra 12 volts DC-kretsar och försäkra oss om att vår 24 volts batteribank förblev balanserad). Avståndet på 350 fot från turbinen till batterierna och vår genereringspotential på 700 watt ledde till att vi valde 1/0 kopparkabel för direkt nedgrävning för att minimera överföringsförlusterna.
Allt som beställdes var bland annat följande: En Trace SW4024 växelriktare, en Backwoods Solar Powercenter-kit byggd kring Trace DC250-avskiljningsboxen och Bogart Engineerings Trimetric-batterimätare, en Trace C40 med digital display, två Enermax 900-watts luftladdningar som är utformade för 24-voltsystem, en analog strömförstärkarmätare för mätning av vattenkraftsströmmen vid kraftstationen, fyra Trojan L-16HC-batterier och diverse kablage, säkringar osv.
Hydroturbin
Praktiskt nog bestämde vi att vårt nya system skulle placeras i en verkstad 30 meter från vårt hem. Det 12-volts solcellssystemet var begränsat till vårt hem med solcellsmoduler på taket i köket och växelriktare, batterier osv. i vårt vardagsrum. Genom att flytta skulle vi ta bort det ständigt närvarande brummet från omriktaren SW2512 från vårt vardagsrum och avsevärt öka avståndet mellan vår vedspis och batteriernas vätgas. Genom att installera vårt 24v-system i verkstaden inträffade det enda avbrottet i elservicen till vårt hem när vi kopplade bort SW2512 från vår växelströmscentral och återanslöt SW4024 till den; och när vi kopplade bort vår 12v-strömfördelare med säkring från hemmets Lineage-batterier och återanslöt den till 12v-halvan av vår 24v Trojan-batteribank i verkstaden.
Lee anlände på en fredagskväll och stannade hos oss. Först på lördagsmorgonen började vi smälta de 1 200 fot 4″ HDPE-röret. Smältning är oftast ett arbete som utförs av en person, vilket Lee tog på sig. Det går ut på att dra ihop två rörändar och montera dem i den generatordrivna smältningsapparatens hölje. När de väl är insatta låses rörändarna på plats och en spak styr deras rörelse. En roterande skärande anordning med blad som är vända mot varje rörände sätts in mellan rörändarna och spaken flyttas så att bitarna dras in i bladen som fyrkantigt förenar dem med varandra. När de väl har ställts i fyrkant placeras ett värmeelement mellan ändarna; generatorn för upp värmeelementet till rätt temperatur, och sedan dras rörändarna samtidigt mot det med hjälp av spaken. Det varma elementet får mjuka upp ungefär ¼” av varje rörände, elementet avlägsnas och hävstången drar ihop bitarna så att de smälter ihop med varandra. Sömmen svalnar i några minuter och sedan går Lee vidare till nästa skarv. Till en början tvivlade jag på hållfastheten hos denna skarv, men upprepade försök att bryta den nyss smälta sömmen misslyckades.
Medan Lee smälte flyttade Tracey och jag enskilda rörstycken till lämpligt fördelade smältningsområden. När Lee avslutade en söm, drog Tracey och jag den allt längre delen av röret bort från Lee så att han kunde smälta nästa bit till den. Till en början kunde Tracey och jag dra 200 fot smält rör till nästa uppställningsplats, men vid mitten av eftermiddagen stönade vi efter Lees hjälp när det femte rörstycket hade fästs. Denna process förvärrades av det faktum att diket vandrade från sida till sida av den röjda vägen när det uppnådde den rakaste linjen från intagsdammen till turbinplatsen. Vi var upprepade gånger tvungna att korsa diket och dess hög med utgrävd jord när vi flyttade rören och generatorn efter behov. Vid mörkrets inbrott var vi utmattade och hade fortfarande 200 fot rör kvar att smälta. Om vi hade vetat bättre och om Lees schema hade tillåtit det, skulle jag ha valt att smälta hela rörledningen innan diket grävdes och utnyttja den trehjuliga bilens hästkrafter för att dra röret utan hindret från det fyra fot djupa diket och dess inälvor.
Hydro Shed
Tillbaka till dikena på söndagsmorgonen. Vi avslutade smältningen, kastade den färdiga rörledningen i diket och försökte sedan försäkra oss om att röret kontinuerligt sjönk ner över sin längd. Ett fyra fot djupt dike i en ofta mjuk och fuktig jord slammar naturligtvis upp och orsakar otaliga höga punkter som vi mödosamt sänkte med hjälp av en handspade. Sedan buffrade vi röret för hand med cirka 6 tum jord innan schaktmaskinen körde in större delen av fyllningen över det och hotade att täcka oss också om vi inte buffrade tillräckligt snabbt.
Äntligen kunde vi ansluta turbinen till röret. Vid turbinhuset (dvs. ett hål i marken) installerade vi en tryckmätare, en 2″ rensning, en grindventil och en kardanknut i linje före turbinen. Lee tillhandahöll en specialbyggd uppsamlingsbassäng av plexiglas med 6″ utloppskoppling på vilken turbinen monterades. Vi monterade turbinen i rörsystemet, monterade ett 6″ utloppsrör i bassängen, kopplade generatorn till batteri (+) och (-) och öppnade grindventilen precis efter vår öl. Peltonhjulet surrade, en snabb tryckning på startknappen på turbinens kontrollpanel aktiverade generatorns fält och dess amperemätare kom igång.
Den lyckliga timmen blev dock snabbt sämre. När vi tog upp den nådde de nästan fulladdade Trojan L-16HC-batterierna snabbt upp till det inställningsvärde för bulkspänningen som vi hade programmerat in i C40. Som sig bör skulle C40 ha börjat avleda strömmen, men utan att vi visste om det gick den omedelbart in i överströmsavstängning. Batterispänningen fortsatte att stiga oreglerat. Så småningom vandrade vi in i kraftstationen, upptäckte en otrolig lukt av väte, hörde ett enormt bubblande från batterierna, noterade C40:s orangefärgade lysdiod som ropade på överström och skyndade oss att stänga av vattenflödet till turbinen.
Förvirrade dubbelkollade vi alla anslutningar, bekräftade polariteter och spänningar och bestämde oss för att starta upp den igen, precis när grannskapet började vandra in för att se en demonstration. Grindventilen öppnades, strömmen utvecklades, spänningen steg, C40 observerades, och när C40 började avleda, boom, överströmsavstängning. Mer vätgas, mer bubblande, ännu ett lopp till turbinen, ingen ström och förvirrade ägare, installatör och grannar. Ännu värre var att vi visste att Lee var tvungen att åka till Missoula. Han hade redan skjutit upp sin avresa med ett par timmar för att få oss till den här punkten. Lyckligtvis var våra batterier fulla, vi hade Honda-generatorn om det behövdes och vi kunde felsöka via telefon.
Hydro Powered Home
Till slut löste Lee problemet. Vi hade beställt en en ohm 900 watt Enermax airload. Vid 30 volt skulle denna last avleda ungefär 30 ampere. Men när vi mätte ohmvärdena på den installerade Enermax registrerade den endast 0,5 ohm. En halv ohm och 30 volt resulterade i en omedelbar avledning på över 60 ampere, vilket ledde till att C40:s överströmsavstängning (vår tidiga C40-modell var konstruerad för att stänga av över 62+/- ampere). Vi bytte ut den skyldige mot en version med en ohm och systemet fungerade omedelbart som annonserat.
Efter ett par veckors drift av två munstycken insåg vi att vi hade ett överflöd av energi. Vår turbin hade fyra munstycken och vår bäck kunde stödja alla fyra om det behövdes, men på daglig basis kunde vi inte använda den energi som två munstycken skapade. Så vi sålde våra solpaneler, sålde vårt 8 kubikmeter stora propankylskåp och ersatte det med en 14 kubikmeter stor elektrisk Kenmore-enhet, tog hem vår 23 kubikmeter stora frysbox som alltid hade bott hos en granne med nätkraft, kopplade bort vår 120v växelströmsbrunnspump från generatorkretsen och återanslöt den till vår inverters växelströmsbelastningscentral och installerade ett 120v växelströms vattenvärmeelement i vår varmvattentank. När det är för varmt för vedeldat varmvatten öppnar vi ett tredje munstycke och slår på växelströmselementet för vattenuppvärmning. Det är inte obegränsat med varmvatten, men det räcker för dusch, disk och tvätt för oss två dagligen, om det behövs.
Hittills har vi inte behövt använda fyra munstycken. Svårt att tro att vår bäck med ”så liten potential” möjliggör en sådan lyxigt driven alternativ hemgård och livsstil. Vi blir dagligen glada och påminda om hur lyckligt lottade vi är när vi pratar med folk som kämpar för att klara sig med el på en budget utanför elnätet.
Scott och Tracey är delägare i Backwoods Solar, ett katalogbaserat företag som specialiserar sig på alternativt genererad el för avlägsna hem där det inte finns några ledningar eller är praktiskt genomförbart. Företaget drivs av anställda som driver sina hem utanför nätet helt och hållet med hjälp av de produkter de säljer. Klicka på länken ovan för att besöka deras webbplats.